煤矿用高低浓度甲烷传感器测量结果的不确定度评定
2014-12-01田斌斌
田斌斌
摘 要：该文详细介绍了煤矿用高低浓度甲烷传感器示值误差测量结果的不确定度评定方法。
关键词：煤矿用高低浓度甲烷传感器 不确定度评定 对象
中图分类号：TP2 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）09（c）-0058-01
1 概述
1.1 测量依据
JJG（皖）29-2010《煤矿用高低浓度甲烷传感器检定规程》。
1.2 测量条件
环境温度15 ℃～35 ℃，相对湿度45%～75%，气压80～116 kPa，周围环境应无影响检测的干扰气体。
1.3 测量标准
选用空气中甲烷（或氮气中甲烷）气体标准物质，浓度值的不确定度不大于3%，k=2。
1.4 被测对象
煤矿用高低浓度甲烷传感器，载体催化元件检测时，量程在0～4%CH4范围，最大允许误差：±0.3%CH4；热导元件检测时，量程在4%～40%CH440%～100%CH4范围，最大允许误差：真值的±10%。
1.5 测量过程
按规定流量通入已标校好的仪器，读取仪器示值和输出的电信号值，分别做3次，取其算术平均值为仪器示值。仪器示值减去标气浓度值即为仪器示值误差。
2 数学模型
被检仪器示值误差ΔX，ΔX=-XS
式中：为测量仪器示值的平均值；XS为空气中甲烷标准气体标称值。
3 标准不确定度分量
1）输入量的标准不确定u（）主要来源于被检仪器的测量重复性、测量环境温度的波动及使用的玻璃转子流量计流量波动的影响。
（1）被检仪器的测量重复性，可以通过连续测量得到。采用A类方法进行评定。选择3台仪器，用3.51%CH4和35.2%CH4浓度的标气分别连续测量3次，得三组测量列：
①通入3.51%CH4标气所得仪器示值：（%CH4）
3.55、3.56、3.56；3.52、3.52、3.52；3.31、3.32、3.29。
则合并样本标准差：
SP（X1）1== 9.5×10-3%CH4，那么该平均值的实验标准差为：u（）1= SP（X1）1/≈5.5×10-3%CH4，自由度Veff1=6。
②通入35.2%CH4标气所得仪器示值：（%CH4）
38.0、37.9、37.9；37.6、37.8、37.7；37.8、37.8、37.7。
则合并样本标准差：
SP（X2）1==0.075% CH4，那么该平均值的实验标准差为：
u（）1=SP（X2）1/≈4.4×10-2 % CH4，自由度Veff1=6。
（2）温度波动引入的不确定度u（X）2。
试验过程中温度波动均在（25±10）℃范围内，通过多次试验，3.51%CH4点示值变化量为±0.01%CH4，35.2%CH4浓度点仪器示值变化量为±0.1%CH4。假定其满足矩形分布，可得：
u（）2=0.01/≈5.8×10-3 %CH4
u（）2=0.1/≈5.8×10-2 %CH4
（3）使用的玻璃转子流量计引入的不确定度u（）3。
规程中明确在用流量计应优于4级，通常在用的均为2.5级。则其流量最大误差为±5 ml/min。通过反复现场试验，此流量误差对仪器3.51%CH4和35.2%CH4浓度点示值的影响分别为±0.01%CH4和±0.1%CH4，假定其均满足矩形分布，则：
u（）3=0.01/=5.8×10-3%CH4u（）3=0.1/=5.8×10-2%CH4
则：
u（X1）=[u2（）1+u2（）2+u2（）3]0.5=9.9×10-3%CH4
u（X2）=[u2（）1+u2（）2+u2（）3]0.5=1.0×10-1%CH4
2）输入量XS引入的标准不确定度u（XS）。
输入量XS引入的不确定度主要来源于标准气体浓度定值。可根据标气证书给出的定值不确定度来源评定：因用标气为国家二级标准物，其相对不确定度为2%（k=2）可得：
u（XS1）=3.51%×2%/k=0.035%CH4 u（XS2）=35.2%×2%/k=0.35%CH4
4 合成标准不确定度评定
由于各输入量彼此不相关，所以合成不确定度可按下式计算：
uC1=[u2（X1）+u2（Xs1）]0.5=[（9.9Χ10-3）2 +（3.5Χ10-2）2]0.5≈3.64×10-2%CH4
uC2=[u2（X2）+u2（Xs2）]0.5=[（1.0Χ10-1）2 +（0.35）2]0.5≈3.64×10-1%CH4
5 扩展不确定度评定
取包含因子k=2，则扩展不确定度为：
U1=kuC1=2×3.64×10-2≈7.3×10-2% CH4（k=2）
U2=kuC2=2×3.64×10-1≈7.3×10-1% CH4（k=2）
6 测量结果不确定度报告与表示
选择3.51%CH4点的测量结果X= 3.56%CH4，扩展不确定度为U=7.3×10-2% CH4，k=2。
选择35.2%CH4点的测量结果X=37.9%CH4，扩展不确定度为U=7.3×10-1% CH4，k=2。endprint
摘 要：该文详细介绍了煤矿用高低浓度甲烷传感器示值误差测量结果的不确定度评定方法。
关键词：煤矿用高低浓度甲烷传感器 不确定度评定 对象
中图分类号：TP2 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）09（c）-0058-01
1 概述
1.1 测量依据
JJG（皖）29-2010《煤矿用高低浓度甲烷传感器检定规程》。
1.2 测量条件
环境温度15 ℃～35 ℃，相对湿度45%～75%，气压80～116 kPa，周围环境应无影响检测的干扰气体。
1.3 测量标准
选用空气中甲烷（或氮气中甲烷）气体标准物质，浓度值的不确定度不大于3%，k=2。
1.4 被测对象
煤矿用高低浓度甲烷传感器，载体催化元件检测时，量程在0～4%CH4范围，最大允许误差：±0.3%CH4；热导元件检测时，量程在4%～40%CH440%～100%CH4范围，最大允许误差：真值的±10%。
1.5 测量过程
按规定流量通入已标校好的仪器，读取仪器示值和输出的电信号值，分别做3次，取其算术平均值为仪器示值。仪器示值减去标气浓度值即为仪器示值误差。
2 数学模型
被检仪器示值误差ΔX，ΔX=-XS
式中：为测量仪器示值的平均值；XS为空气中甲烷标准气体标称值。
3 标准不确定度分量
1）输入量的标准不确定u（）主要来源于被检仪器的测量重复性、测量环境温度的波动及使用的玻璃转子流量计流量波动的影响。
（1）被检仪器的测量重复性，可以通过连续测量得到。采用A类方法进行评定。选择3台仪器，用3.51%CH4和35.2%CH4浓度的标气分别连续测量3次，得三组测量列：
①通入3.51%CH4标气所得仪器示值：（%CH4）
3.55、3.56、3.56；3.52、3.52、3.52；3.31、3.32、3.29。
则合并样本标准差：
SP（X1）1== 9.5×10-3%CH4，那么该平均值的实验标准差为：u（）1= SP（X1）1/≈5.5×10-3%CH4，自由度Veff1=6。
②通入35.2%CH4标气所得仪器示值：（%CH4）
38.0、37.9、37.9；37.6、37.8、37.7；37.8、37.8、37.7。
则合并样本标准差：
SP（X2）1==0.075% CH4，那么该平均值的实验标准差为：
u（）1=SP（X2）1/≈4.4×10-2 % CH4，自由度Veff1=6。
（2）温度波动引入的不确定度u（X）2。
试验过程中温度波动均在（25±10）℃范围内，通过多次试验，3.51%CH4点示值变化量为±0.01%CH4，35.2%CH4浓度点仪器示值变化量为±0.1%CH4。假定其满足矩形分布，可得：
u（）2=0.01/≈5.8×10-3 %CH4
u（）2=0.1/≈5.8×10-2 %CH4
（3）使用的玻璃转子流量计引入的不确定度u（）3。
规程中明确在用流量计应优于4级，通常在用的均为2.5级。则其流量最大误差为±5 ml/min。通过反复现场试验，此流量误差对仪器3.51%CH4和35.2%CH4浓度点示值的影响分别为±0.01%CH4和±0.1%CH4，假定其均满足矩形分布，则：
u（）3=0.01/=5.8×10-3%CH4u（）3=0.1/=5.8×10-2%CH4
则：
u（X1）=[u2（）1+u2（）2+u2（）3]0.5=9.9×10-3%CH4
u（X2）=[u2（）1+u2（）2+u2（）3]0.5=1.0×10-1%CH4
2）输入量XS引入的标准不确定度u（XS）。
输入量XS引入的不确定度主要来源于标准气体浓度定值。可根据标气证书给出的定值不确定度来源评定：因用标气为国家二级标准物，其相对不确定度为2%（k=2）可得：
u（XS1）=3.51%×2%/k=0.035%CH4 u（XS2）=35.2%×2%/k=0.35%CH4
4 合成标准不确定度评定
由于各输入量彼此不相关，所以合成不确定度可按下式计算：
uC1=[u2（X1）+u2（Xs1）]0.5=[（9.9Χ10-3）2 +（3.5Χ10-2）2]0.5≈3.64×10-2%CH4
uC2=[u2（X2）+u2（Xs2）]0.5=[（1.0Χ10-1）2 +（0.35）2]0.5≈3.64×10-1%CH4
5 扩展不确定度评定
取包含因子k=2，则扩展不确定度为：
U1=kuC1=2×3.64×10-2≈7.3×10-2% CH4（k=2）
U2=kuC2=2×3.64×10-1≈7.3×10-1% CH4（k=2）
6 测量结果不确定度报告与表示
选择3.51%CH4点的测量结果X= 3.56%CH4，扩展不确定度为U=7.3×10-2% CH4，k=2。
选择35.2%CH4点的测量结果X=37.9%CH4，扩展不确定度为U=7.3×10-1% CH4，k=2。endprint
摘 要：该文详细介绍了煤矿用高低浓度甲烷传感器示值误差测量结果的不确定度评定方法。
关键词：煤矿用高低浓度甲烷传感器 不确定度评定 对象
中图分类号：TP2 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）09（c）-0058-01
1 概述
1.1 测量依据
JJG（皖）29-2010《煤矿用高低浓度甲烷传感器检定规程》。
1.2 测量条件
环境温度15 ℃～35 ℃，相对湿度45%～75%，气压80～116 kPa，周围环境应无影响检测的干扰气体。
1.3 测量标准
选用空气中甲烷（或氮气中甲烷）气体标准物质，浓度值的不确定度不大于3%，k=2。
1.4 被测对象
煤矿用高低浓度甲烷传感器，载体催化元件检测时，量程在0～4%CH4范围，最大允许误差：±0.3%CH4；热导元件检测时，量程在4%～40%CH440%～100%CH4范围，最大允许误差：真值的±10%。
1.5 测量过程
按规定流量通入已标校好的仪器，读取仪器示值和输出的电信号值，分别做3次，取其算术平均值为仪器示值。仪器示值减去标气浓度值即为仪器示值误差。
2 数学模型
被检仪器示值误差ΔX，ΔX=-XS
式中：为测量仪器示值的平均值；XS为空气中甲烷标准气体标称值。
3 标准不确定度分量
1）输入量的标准不确定u（）主要来源于被检仪器的测量重复性、测量环境温度的波动及使用的玻璃转子流量计流量波动的影响。
（1）被检仪器的测量重复性，可以通过连续测量得到。采用A类方法进行评定。选择3台仪器，用3.51%CH4和35.2%CH4浓度的标气分别连续测量3次，得三组测量列：
①通入3.51%CH4标气所得仪器示值：（%CH4）
3.55、3.56、3.56；3.52、3.52、3.52；3.31、3.32、3.29。
则合并样本标准差：
SP（X1）1== 9.5×10-3%CH4，那么该平均值的实验标准差为：u（）1= SP（X1）1/≈5.5×10-3%CH4，自由度Veff1=6。
②通入35.2%CH4标气所得仪器示值：（%CH4）
38.0、37.9、37.9；37.6、37.8、37.7；37.8、37.8、37.7。
则合并样本标准差：
SP（X2）1==0.075% CH4，那么该平均值的实验标准差为：
u（）1=SP（X2）1/≈4.4×10-2 % CH4，自由度Veff1=6。
（2）温度波动引入的不确定度u（X）2。
试验过程中温度波动均在（25±10）℃范围内，通过多次试验，3.51%CH4点示值变化量为±0.01%CH4，35.2%CH4浓度点仪器示值变化量为±0.1%CH4。假定其满足矩形分布，可得：
u（）2=0.01/≈5.8×10-3 %CH4
u（）2=0.1/≈5.8×10-2 %CH4
（3）使用的玻璃转子流量计引入的不确定度u（）3。
规程中明确在用流量计应优于4级，通常在用的均为2.5级。则其流量最大误差为±5 ml/min。通过反复现场试验，此流量误差对仪器3.51%CH4和35.2%CH4浓度点示值的影响分别为±0.01%CH4和±0.1%CH4，假定其均满足矩形分布，则：
u（）3=0.01/=5.8×10-3%CH4u（）3=0.1/=5.8×10-2%CH4
则：
u（X1）=[u2（）1+u2（）2+u2（）3]0.5=9.9×10-3%CH4
u（X2）=[u2（）1+u2（）2+u2（）3]0.5=1.0×10-1%CH4
2）输入量XS引入的标准不确定度u（XS）。
输入量XS引入的不确定度主要来源于标准气体浓度定值。可根据标气证书给出的定值不确定度来源评定：因用标气为国家二级标准物，其相对不确定度为2%（k=2）可得：
u（XS1）=3.51%×2%/k=0.035%CH4 u（XS2）=35.2%×2%/k=0.35%CH4
4 合成标准不确定度评定
由于各输入量彼此不相关，所以合成不确定度可按下式计算：
uC1=[u2（X1）+u2（Xs1）]0.5=[（9.9Χ10-3）2 +（3.5Χ10-2）2]0.5≈3.64×10-2%CH4
uC2=[u2（X2）+u2（Xs2）]0.5=[（1.0Χ10-1）2 +（0.35）2]0.5≈3.64×10-1%CH4
5 扩展不确定度评定
取包含因子k=2，则扩展不确定度为：
U1=kuC1=2×3.64×10-2≈7.3×10-2% CH4（k=2）
U2=kuC2=2×3.64×10-1≈7.3×10-1% CH4（k=2）
6 测量结果不确定度报告与表示
选择3.51%CH4点的测量结果X= 3.56%CH4，扩展不确定度为U=7.3×10-2% CH4，k=2。
选择35.2%CH4点的测量结果X=37.9%CH4，扩展不确定度为U=7.3×10-1% CH4，k=2。endprint
